Страница 164 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

4. Выберите пару «оксид — кислота», в которой оксид не соответствует кислоте.

1) $SO_3$ и $H_2SO_4$

2) $SiO_2$ и $H_2SiO_3$

3) $N_2O_3$ и $HNO_3$

4) $P_2O_5$ и $H_3PO_4$

Решение

Чтобы определить, соответствует ли кислотный оксид кислоте, необходимо сравнить степени окисления кислотообразующего элемента в оксиде и в кислоте. Если степени окисления совпадают, то оксид соответствует кислоте. Проанализируем каждую пару.

1) $SO_3$ и $H_2SO_4$

В оксиде серы(VI) $SO_3$ степень окисления серы $S$ равна $+6$. Рассчет: пусть степень окисления серы $x$, кислорода $-2$. $x + 3 \cdot (-2) = 0$, отсюда $x = +6$.

В серной кислоте $H_2SO_4$ степень окисления серы $S$ также равна $+6$. Рассчет: пусть степень окисления серы $y$, водорода $+1$, кислорода $-2$. $2 \cdot (+1) + y + 4 \cdot (-2) = 0$, отсюда $y = +6$.

Степени окисления серы совпадают. Следовательно, оксид соответствует кислоте.

2) $SiO_2$ и $H_2SiO_3$

В оксиде кремния(IV) $SiO_2$ степень окисления кремния $Si$ равна $+4$. Рассчет: $x + 2 \cdot (-2) = 0$, отсюда $x = +4$.

В кремниевой кислоте $H_2SiO_3$ степень окисления кремния $Si$ также равна $+4$. Рассчет: $2 \cdot (+1) + y + 3 \cdot (-2) = 0$, отсюда $y = +4$.

Степени окисления кремния совпадают. Следовательно, оксид соответствует кислоте.

3) $N_2O_3$ и $HNO_3$

В оксиде азота(III) $N_2O_3$ степень окисления азота $N$ равна $+3$. Рассчет: $2 \cdot x + 3 \cdot (-2) = 0$, отсюда $2x = 6$, $x = +3$.

В азотной кислоте $HNO_3$ степень окисления азота $N$ равна $+5$. Рассчет: $+1 + y + 3 \cdot (-2) = 0$, отсюда $y = +5$.

Степени окисления азота не совпадают ($+3 \neq +5$). Оксиду $N_2O_3$ соответствует азотистая кислота $HNO_2$ (в которой степень окисления азота $+3$), а азотной кислоте $HNO_3$ соответствует оксид азота(V) $N_2O_5$. Таким образом, в данной паре оксид не соответствует кислоте.

4) $P_2O_5$ и $H_3PO_4$

В оксиде фосфора(V) $P_2O_5$ степень окисления фосфора $P$ равна $+5$. Рассчет: $2 \cdot x + 5 \cdot (-2) = 0$, отсюда $2x = 10$, $x = +5$.

В ортофосфорной кислоте $H_3PO_4$ степень окисления фосфора $P$ также равна $+5$. Рассчет: $3 \cdot (+1) + y + 4 \cdot (-2) = 0$, отсюда $y = +5$.

Степени окисления фосфора совпадают. Следовательно, оксид соответствует кислоте.

Таким образом, пара, в которой оксид не соответствует кислоте, — это пара под номером 3.

Ответ: 3

5. Водород взаимодействует с каждым из двух веществ, формулы которых:

1) $CO$ и $Si$

2) $O_2$ и $CuO$

3) $NH_3$ и $Na$

4) $S$ и $KCl$

Для решения этой задачи проанализируем химические свойства водорода ($H_2$) и его способность вступать в реакции с каждым из предложенных веществ.

Водород может выступать в роли восстановителя, реагируя с оксидами многих металлов (стоящих в ряду активности правее цинка) и с некоторыми неметаллами. Также он реагирует с активными металлами и некоторыми неметаллами как простое вещество.

1) CO и Si

Водород взаимодействует с оксидом углерода(II) ($CO$) в присутствии катализаторов при высокой температуре и давлении, образуя, например, метанол:

$CO + 2H_2 \xrightarrow{kat, t, p} CH_3OH$

Реакция водорода с кремнием ($Si$) с образованием силана ($SiH_4$) возможна, но требует очень жестких условий (высокая температура):

$Si + 2H_2 \xrightarrow{t} SiH_4$

Хотя обе реакции теоретически возможны, они не так типичны, как в следующем варианте.

2) O₂ и CuO

Водород активно реагирует с кислородом ($O_2$), образуя воду. Эта реакция горения (или взрыва "гремучего газа") протекает с выделением большого количества тепла:

$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Водород также является классическим восстановителем для оксидов металлов средней и низкой активности. При нагревании он восстанавливает медь из оксида меди(II) ($CuO$):

$CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$

Оба вещества в этой паре вступают в характерные для водорода реакции.

3) NH₃ и Na

Водород не реагирует с аммиаком ($NH_3$). Наоборот, аммиак является продуктом синтеза из азота и водорода. Водород реагирует с активным металлом натрием ($Na$) при нагревании, образуя гидрид натрия ($NaH$):

$2Na + H_2 \xrightarrow{t} 2NaH$

Поскольку водород не реагирует с аммиаком, этот вариант не подходит.

4) S и KCl

Водород реагирует с серой ($S$) при нагревании, образуя сероводород ($H_2S$):

$H_2 + S \xrightarrow{t} H_2S$

Водород не реагирует с хлоридом калия ($KCl$), так как калий — очень активный металл, и водород не способен восстановить его из соли. Реакция не идет.

Поскольку водород не реагирует с хлоридом калия, этот вариант не подходит.

Таким образом, единственная пара, в которой водород взаимодействует с каждым из двух веществ, — это кислород и оксид меди(II).

Ответ: 2

6. В сосуд, изображённый на рисунке, можно собрать каждый из двух газов, формулы которых

1) $CO_2$ и $CH_4$

2) $O_2$ и $NO_2$

3) $NH_3$ и $O_2$

4) $SO_2$ и $H_2$

На рисунке изображен метод собирания газа вытеснением воздуха. Сосуд (пробирка) расположен отверстием вверх, а газоотводная трубка опущена на дно. Этот способ подходит для собирания газов, которые тяжелее (плотнее) воздуха. Газ, поступая в сосуд, скапливается внизу и вытесняет находящийся в нем воздух, который легче.

Чтобы определить, какие из предложенных газов можно собрать таким методом, необходимо сравнить их молярные массы со средней молярной массой воздуха, которая составляет примерно $M_{возд} \approx 29$ г/моль. Газ можно собрать данным способом, если его молярная масса $M_{газа} > 29$ г/моль.

Решение

Рассчитаем молярные массы для газов в каждом из предложенных вариантов, используя относительные атомные массы элементов: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$, $Ar(N) = 14$, $Ar(S) = 32$.

1) CO₂ и CH₄

Молярная масса углекислого газа $CO₂$: $M(CO₂) = 12 + 2 \cdot 16 = 44$ г/моль.
$44 \text{ г/моль} > 29 \text{ г/моль}$, значит, $CO₂$ тяжелее воздуха.

Молярная масса метана $CH₄$: $M(CH₄) = 12 + 4 \cdot 1 = 16$ г/моль.
$16 \text{ г/моль} < 29 \text{ г/моль}$, значит, $CH₄$ легче воздуха.

Так как метан легче воздуха, его нельзя собрать этим способом. Пара не подходит.

2) O₂ и NO₂

Молярная масса кислорода $O₂$: $M(O₂) = 2 \cdot 16 = 32$ г/моль.
$32 \text{ г/моль} > 29 \text{ г/моль}$, значит, $O₂$ тяжелее воздуха.

Молярная масса диоксида азота $NO₂$: $M(NO₂) = 14 + 2 \cdot 16 = 46$ г/моль.
$46 \text{ г/моль} > 29 \text{ г/моль}$, значит, $NO₂$ тяжелее воздуха.

Оба газа тяжелее воздуха, следовательно, их обоих можно собрать показанным на рисунке методом. Эта пара подходит.

3) NH₃ и O₂

Молярная масса аммиака $NH₃$: $M(NH₃) = 14 + 3 \cdot 1 = 17$ г/моль.
$17 \text{ г/моль} < 29 \text{ г/моль}$, значит, $NH₃$ легче воздуха.

Хотя кислород ($O_2$) тяжелее воздуха, аммиак легче. Поэтому эту пару газов нельзя собрать одним и тем же способом (методом вытеснения воздуха вверх). Пара не подходит.

4) SO₂ и H₂

Молярная масса диоксида серы $SO₂$: $M(SO₂) = 32 + 2 \cdot 16 = 64$ г/моль.
$64 \text{ г/моль} > 29 \text{ г/моль}$, значит, $SO₂$ тяжелее воздуха.

Молярная масса водорода $H₂$: $M(H₂) = 2 \cdot 1 = 2$ г/моль.
$2 \text{ г/моль} < 29 \text{ г/моль}$, значит, $H₂$ значительно легче воздуха.

Так как водород легче воздуха, его нельзя собрать этим способом. Пара не подходит.

Таким образом, единственная пара, в которой оба газа тяжелее воздуха, — это кислород ($O₂$) и диоксид азота ($NO₂$).

Ответ: 2

7. Верны ли следующие суждения об аммиаке?

А. Аммиак проявляет основные свойства.

Б. Сырьём для получения аммиака в промышленности служат азот и водород.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для определения верности суждений проанализируем каждое из них.

А. Аммиак проявляет основные свойства. Химическая формула аммиака — $NH_3$. В молекуле аммиака атом азота имеет неподеленную электронную пару. Согласно теории Льюиса, вещества, способные предоставлять электронную пару, являются основаниями. Согласно теории Брёнстеда-Лоури, основания — это акцепторы протонов. Аммиак соответствует обоим определениям.
При взаимодействии с водой аммиак принимает протон ($H^+$) от молекулы воды, образуя ион аммония ($NH_4^+$) и гидроксид-ион ($OH^-$), что приводит к созданию щелочной среды в растворе:
$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$
Также аммиак реагирует с кислотами, образуя соли аммония, что является типичной реакцией для оснований. Например, реакция с соляной кислотой:
$NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl$
Таким образом, суждение А является верным.

Б. Сырьём для получения аммиака в промышленности служат азот и водород. В промышленности аммиак получают синтезом из простых веществ по процессу Габера-Боша. Этот процесс является основным способом производства аммиака в мире. Исходными веществами (сырьём) для этого синтеза служат молекулярный азот ($N_2$) и молекулярный водород ($H_2$).
Реакция протекает в соответствии с уравнением:
$N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$
Процесс является обратимым, экзотермическим и каталитическим, проводится при высоком давлении и температуре. Азот получают из воздуха, а водород — чаще всего из природного газа (метана).
Таким образом, суждение Б также является верным.

Поскольку оба суждения, А и Б, верны, то правильным является вариант ответа, утверждающий, что верны оба суждения.
Ответ: 3) оба суждения верны

8. Сульфиды и сульфиты можно обнаружить с помощью реактива, формула которого

1) $NaOH$ 2) $HCl$ 3) $Ca(NO_3)_2$ 4) $K_2CO_3$

Для обнаружения сульфид-ионов ($S^{2-}$) и сульфит-ионов ($SO_3^{2-}$) необходимо использовать реагент, который вступает с ними в характерные качественные реакции. Сульфиды и сульфиты — это соли слабых и неустойчивых кислот (сероводородной $H_2S$ и сернистой $H_2SO_3$ соответственно). Такие соли могут реагировать с более сильными кислотами с выделением газов, имеющих характерные запахи.

Решение

Рассмотрим взаимодействие каждого из предложенных реагентов с сульфидами и сульфитами.

1) NaOH
Гидроксид натрия ($NaOH$) — это сильное основание. Он не вступает в реакцию с растворимыми сульфидами и сульфитами, которая приводила бы к их обнаружению (например, выделению газа или образованию осадка). Поэтому $NaOH$ не подходит.

2) HCl
Соляная кислота ($HCl$) — сильная кислота. Она способна вытеснять более слабые кислоты из их солей.
- При реакции с сульфидами выделяется газ сероводород ($H_2S$), обладающий характерным запахом тухлых яиц.
Пример реакции: $2HCl + Na_2S \rightarrow 2NaCl + H_2S \uparrow$
- При реакции с сульфитами выделяется сернистый газ ($SO_2$), обладающий резким запахом жжёных спичек (неустойчивая сернистая кислота $H_2SO_3$ сразу разлагается).
Пример реакции: $2HCl + Na_2SO_3 \rightarrow 2NaCl + H_2O + SO_2 \uparrow$
Поскольку в обоих случаях наблюдается выделение газа с характерным, легко различимым запахом, соляная кислота является подходящим реагентом для обнаружения и сульфидов, и сульфитов.

3) Ca(NO₃)₂
Нитрат кальция ($Ca(NO_3)_2$) — это соль. При реакции с растворимыми сульфитами образуется белый осадок сульфита кальция ($CaSO_3$). Однако сульфид кальция ($CaS$) растворим в воде, поэтому обнаружить сульфид-ионы с помощью этого реагента не получится. Следовательно, он не подходит для обнаружения обоих ионов.

4) K₂CO₃
Карбонат калия ($K_2CO_3$) — это соль слабой угольной кислоты. Так как угольная кислота является более слабой, чем сероводородная и сернистая, карбонат-ион не будет вытеснять сульфид- и сульфит-ионы из их солей. Реакция, позволяющая обнаружить эти ионы, не пойдет.

Таким образом, единственным веществом из предложенного списка, которое позволяет обнаружить как сульфиды, так и сульфиты, является соляная кислота.

Ответ: 2

9. В схеме превращений

кремниевая кислота → X → силикат калия

вещество X — это

1) оксид кремния

2) оксид калия

3) гидроксид калия

4) силан

Решение

Рассмотрим предложенную схему химических превращений:
кремниевая кислота → X → силикат калия

Запишем эту схему, используя химические формулы. Формула кремниевой кислоты — $H_2SiO_3$. Формула силиката калия — $K_2SiO_3$.
Схема превращений выглядит следующим образом: $H_2SiO_3 \rightarrow X \rightarrow K_2SiO_3$

Чтобы определить вещество X, необходимо проанализировать каждый этап этой цепочки превращений.

На первом этапе из кремниевой кислоты получают вещество X. Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) является слабой и термически неустойчивой. При нагревании она разлагается на соответствующий ей кислотный оксид и воду.
Уравнение реакции:
$H_2SiO_3 \xrightarrow{t^{\circ}} SiO_2 + H_2O$
Таким образом, можно сделать вывод, что вещество X — это оксид кремния(IV) ($SiO_2$).

На втором этапе из вещества X получают силикат калия. Проверим, возможно ли превращение оксида кремния(IV) ($SiO_2$) в силикат калия ($K_2SiO_3$). Оксид кремния(IV) является кислотным оксидом, поэтому он взаимодействует с сильными основаниями (щелочами) и основными оксидами с образованием солей (силикатов).
Возможные реакции:
1. Реакция с гидроксидом калия: $SiO_2 + 2KOH \rightarrow K_2SiO_3 + H_2O$
2. Реакция с оксидом калия: $SiO_2 + K_2O \rightarrow K_2SiO_3$
Оба этих превращения осуществимы, что подтверждает, что вещество X — это оксид кремния(IV).

Сравнив наш вывод с предложенными вариантами, мы видим, что правильным является вариант "оксид кремния".

Ответ: 1) оксид кремния

10. В уравнении реакции

$\text{Cl}_2 + 2\text{NaBr} = \text{Br}_2 + 2\text{NaCl}$

окислитель — это

1) $\overset{0}{\text{Cl}}_2$

2) $\overset{-1}{\text{Br}}$

3) $\overset{0}{\text{Br}}_2$

4) $\overset{+1}{\text{Na}}$

Решение

Окислитель в окислительно-восстановительной реакции — это атом, ион или молекула, которые принимают электроны. В ходе реакции степень окисления окислителя понижается.

Рассмотрим данное уравнение реакции и определим степени окисления всех элементов до и после реакции:

$\stackrel{0}{Cl_2} + 2\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Br} = \stackrel{0}{Br_2} + 2\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Cl}$

Проанализируем изменение степеней окисления:

• Атом хлора (Cl) в простом веществе $Cl_2$ имеет степень окисления 0. В продукте реакции, хлориде натрия ($NaCl$), его степень окисления становится -1. Степень окисления понизилась ($0 \rightarrow -1$), что означает, что хлор принял электроны.
• Атом брома (Br) в бромиде натрия ($NaBr$) имеет степень окисления -1. В продукте реакции, простом веществе $Br_2$, его степень окисления становится 0. Степень окисления повысилась ($-1 \rightarrow 0$), что означает, что бром отдал электроны.
• Атом натрия (Na) не меняет свою степень окисления (+1) и не участвует в процессе переноса электронов.

Процессы окисления и восстановления можно записать в виде полуреакций:

$\stackrel{0}{Cl_2} + 2e^- \rightarrow 2\stackrel{-1}{Cl}$ (восстановление, $Cl_2$ — окислитель)

$2\stackrel{-1}{Br} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Br_2}$ (окисление, $Br^-$ — восстановитель)

Таким образом, окислителем в данной реакции является молекулярный хлор $Cl_2$.

Ответ: 1) $\stackrel{0}{Cl_2}$